KR20120079978A - A space vector pwm overmodulation control method and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 공간전압 PWM 과변조 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동적 과변조 방식인 동일 위상 과변조 기법을 정적 과변조 기법에 적용하여 공간 벡터 PWM의 과변조 영역에서 지령 전압을 용이하게 제어할 수 있는 과변조 기법을 이용한 공간전압 PWM 과변조 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a space voltage PWM overmodulation method and apparatus thereof, and more particularly, to apply a phase overmodulation technique, a dynamic overmodulation method, to a static overmodulation technique to facilitate a command voltage in an overmodulation region of a space vector PWM. The present invention relates to a space voltage PWM overmodulation method and apparatus using an overmodulation technique that can be controlled in a simple manner.
최근 전동기의 구동 시스템에서는 빠른 스위칭(Switching)이 가능하도록 IGBT, MOSFET과 같은 스위칭 소자를 사용하여 출력 주파수와 전압을 동시에 제어할 수 있고, 직류의 입력 전원으로부터 3상 교류 출력의 전압을 발생시키는 3상 전압형(Voltage Fed) PWM(Pulse Width Modulation) 인버터가 사용되고 있으며, 특히 3상 전압형 PWM 인버터는 모터구동, 무정전 전원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)등에 널리 응용되고 있다. Recently, the drive system of the motor can control the output frequency and voltage simultaneously using switching elements such as IGBT and MOSFET to enable fast switching, and generate three-phase AC output voltage from DC input power. Voltage Fed Pulse Width Modulation (PWM) inverters are used. In particular, three-phase voltage PWM inverters are widely used in motor driving and uninterruptible power supplies (UPS).
또한, 최근 여러 방식의 PWM 인버터가 고성능의 전동기 등의 많은 분야에 활용되고 있으며, 정밀하고 안정적인 출력 전압을 생성할 수 있는 PWM방식이 다양하게 연구되고 있다. 전압변조 방식 중에서 공간 벡터 전압 변조(SVPWM: Space Vector PWM)방식은 고정된 스위칭 주파수를 가지고 직류 전압을 최대한 이용할 수 있으며 다른 PWM 방식보다 정상상태에서의 고조파 성분을 크게 억제할 수 있다.In addition, recently, various types of PWM inverters have been utilized in many fields such as high-performance electric motors, and various PWM methods for generating accurate and stable output voltages have been studied. Among the voltage modulation methods, Space Vector PWM (SVPWM) method has a fixed switching frequency and can use the DC voltage as much as possible and can suppress the harmonic components in the steady state more than other PWM methods.
SVPWM 방식의 구현은 게이트 펄스의 인가시간을 직접적으로 계산하는 디지털 구현 방식이 고조파 특성이 좋고 스위칭 주파수가 고정되며 구현이 용이하다는 점과 변조된 출력 전압이 인가된 경우에 부하 전류에 포함된 고조파가 다른 종류의 전압 변조 방식보다 적다는 장점을 갖는다. The implementation of the SVPWM method is that the digital implementation method that directly calculates the application time of the gate pulse has good harmonic characteristics, fixed switching frequency and ease of implementation, and the harmonics included in the load current when the modulated output voltage is applied. It has the advantage of being less than other types of voltage modulation.
전압형 인버터는 출력이 가능한 범위 내에서 지령전압(V*)가 주어지면 지령 전압을 가지고 여러 전압 변조 방식에 의하여 비교적 정확히 만들어 낼 수 있다. 지령 전압(V*)가 육각형 내접원을 벗어나게 되면 즉 인버터가 선형적으로 출력할 수 있는 범위를 벗어나게 되는 과변조 영역에서는 인버터의 출력 전압은 육각형의 변 안으로 제한하는 과변조 기법을 사용한다. Voltage-type inverters can be produced relatively accurately by various voltage modulation methods with the command voltage given the command voltage (V * ) within the range of the output possible. In the overmodulation region where the command voltage (V * ) is out of the hexagonal inscribed circle, that is, out of the range that the inverter can linearly output, the overmodulation technique is used to limit the inverter's output voltage to the hexagonal side.
과변조 발생 시 과변조 영역에서는 지령 전압(V*)보다 출력전압이 작게 되어 지령 전압에 대한 출력 전압의 선형성이 깨지게 된다. 그 결과 전압을 제어하는 제어의 성능이 심하게 왜곡 될 수 있고, 고조파 또한 발생하여 시스템의 전체 성능을 저하 시킬 수 있다. 따라서 적절한 과변조 기법을 통해서 지령전압을 인버터의 출력 전압 한계내로(SVPWM의 경우 육각형 변 이내로) 제한하거나, 평균적으로 지령전압 V*와 동일한 전압이 출력할 수 있도록 해야 하며, 최근 이러한 과변조기법에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다.When the overmodulation occurs, the output voltage is smaller than the command voltage (V * ) in the overmodulation region, thereby breaking the linearity of the output voltage with respect to the command voltage. As a result, the performance of the control to control the voltage can be severely distorted, and harmonics can also occur that can degrade the overall performance of the system. Therefore, it should allow into the output voltage limit of the reference voltage inverter via the right and modulation scheme limits (for SVPWM within the hexagonal sides), or can average the reference voltage V * and the voltage equal to the output, the last of these and modulation scheme Much research is being done on this.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공간 벡터 PWM의 과변조 기법중 정적 과변조 기법에서 지령 전압치의 용이하게 생성할 수 있도록 벡터제어 방식등에 사용되는 동일 위상 과변조 기법을 이용하여 정적과변조를 용이하게 구현한 공간전압 PWM 과변조 제어 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is easy to static and modulation by using the same phase over-modulation technique used in the vector control method to easily generate the command voltage value in the static over-modulation technique of the spatial vector PWM over-modulation technique The present invention provides a spatial voltage PWM overmodulation control method and apparatus.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 삼상 교류전원이 인덕터를 통해 스위칭 소자로 입력되고, 상기 스위칭소자는 직류단의 신호를 이용한 피드백 제어부의 피드백신호에 따라 온/오프되어 교류전원을 직류전원으로 변환하는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법에 있어서, 상기 스위칭 소자의 스위칭을 조절하기 위한 지령 전압을 생성하고 상기 지령 전압을 공간 벡터로 변환시키는 단계, 육각형 형태로 표현되며, 중심에서 6개의 꼭지점을 향하는 6개의 유효 벡터를 포함하는 d-q 평면 상의 기본 벡터 모델에 상기 지령 전압의 공간 벡터를 표시하는 단계, 상 전압의 기본파 성분의 크기와 상기 지령 전압의 기본파 성분의 크기를 이용하여 변조 지수(m)을 구하는 단계, 상기 변조 지수의 크기에 따라 제1 과변조 영역과 제2 과변조 영역을 결정하는 단계, 상기 제1 과변조 영역이면, 상기 지령 전압의 크기를 제1 기준 전압 벡터로 승압시키고, 상기 제1 기준 전압 벡터가 상기 기본 벡터 모델을 벗어나는 경우 동일 위상 과변조 기법에 의하여 상기 지령 전압에 인접한 2개의 유효 벡터의 새로운 스위칭 시간을 계산하는 단계, 그리고 상기 제2 과변조 영역이면, 상기 지령 전압의 크기를 제2 기준 전압 벡터로 승압시키고, 유지각(αh)을 계산하여 상기 유지각(αh)에 따라 상기 기본 벡터 모델에 투영시키는 구간을 계산하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention for solving this problem, a three-phase AC power is input to the switching element through the inductor, the switching element is turned on / off according to the feedback signal of the feedback control unit using a signal of the DC terminal AC An overmodulation control method of a three-phase voltage PWM inverter for converting a power source into a direct current power source, the method comprising: generating a command voltage for controlling switching of the switching element and converting the command voltage into a space vector, expressed in a hexagonal shape And displaying a spatial vector of the reference voltage in a fundamental vector model on a dq plane including six effective vectors facing six vertices from the center, the magnitude of the fundamental wave component of the phase voltage and the fundamental wave component of the reference voltage. Obtaining a modulation index (m) using the magnitude of the first and second modulation regions according to the magnitude of the modulation index. Determining a set region; if the first overmodulated region, the command voltage is boosted to a first reference voltage vector, and the first reference voltage vector is out of the basic vector model. Calculating a new switching time of the two effective vectors adjacent to the command voltage, and if the second overmodulation area, boosts the magnitude of the command voltage to a second reference voltage vector and maintains the holding angle α h . Calculating and calculating a section projecting the basic vector model according to the holding angle α h .
상기 변조 지수(m)을 구하는 단계는, 다음의 수학식을 통하여 구할 수 있다. The step of obtaining the modulation index (m) can be obtained through the following equation.
여기서, 지령 전압(V1 *)는 지령 전압의 기본파 성분의 크기를 나타내고, 는 상 전압의 기본파 성분의 크기를 나타낸다. Here, the command voltage (V 1 * ) represents the magnitude of the fundamental wave component of the command voltage, Denotes the magnitude of the fundamental wave component of the phase voltage.
상기 제1 과변조 영역과 제2 과변조 영역을 결정하는 단계는, 상기 변조 지수 m이 0.907 < m < 0.9514의 범위에 해당하면 상기 제1 과변조 영역으로 결정하고, 0.9514 < m < 1의 범위에 해당하면 상기 제2 과변조 영역으로 결정할 수 있다. The determining of the first overmodulation area and the second overmodulation area may include determining the first overmodulation area when the modulation index m corresponds to a range of 0.907 <m <0.9514, and a range of 0.9514 <m <1. In this case, it may be determined as the second overmodulation area.
상기 제1 과변조 영역에서 다음의 수학식을 통하여 상기 지령 전압의 크기를 상기 제1 기준 전압 벡터로 승압시킬 수 있다. In the first overmodulation region, the magnitude of the command voltage may be boosted to the first reference voltage vector through the following equation.
여기서, V1는 상기 지령 전압의 크기를 나타내고, V2는 승압된 상기 제1 기준 전압의 크기를 나타내며, 는 상기 기본 벡터 모델의 높이를 나타내고, αc는 상기 제1 기준 전압이 상기 기본 벡터 모델과 교차하는 지점과 상기 육각형의 이웃하는 꼭지점 사이의 각도를 나타낸다. Here, V 1 represents the magnitude of the command voltage, V 2 represents the magnitude of the boosted first reference voltage, Represents the height of the basic vector model, and α c represents the angle between the point where the first reference voltage intersects the basic vector model and the neighboring vertex of the hexagon.
상기 지령 전압의 크기에 따른 상기 제1 기준 전압의 크기는 다음의 표를 이용하여 연산될 수 있다. The magnitude of the first reference voltage according to the magnitude of the command voltage may be calculated using the following table.
상기 새로운 스위칭 시간을 계산하는 단계는, 상기 제1 기준 전압 벡터를 생성하기 위한 새로운 스위칭 시간(T1 new, T2 new)은 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다. In the calculating of the new switching time, a new switching time T 1 new , T 2 new for generating the first reference voltage vector may be represented by the following equation.
여기서, T1과 T2는 상기 지령 전압을 생성하기 위한 상기 지령 전압에 인접한 2개의 유효 벡터의 최초의 스위칭 시간을 나타내고, TS는 총 스위칭 인가 시간을 나타낸다. Here, T 1 and T 2 represent the first switching time of two valid vectors adjacent to the command voltage for generating the command voltage, and T S represents the total switching application time.
상기 제2 기준 전압의 크기는 2/3Vdc로 고정되며, 상기 지령 전압의 위상에 따른 상기 제2 기준 전압의 위상은 다음과 같이 설정될 수 있다. The magnitude of the second reference voltage is fixed to 2 / 3V dc , and the phase of the second reference voltage according to the phase of the command voltage may be set as follows.
여기서, θ'는 상기 제2 기준 전압(Vnew *)의 위상이고, θ는 상기 지령 전압의 위상이며, αh는 상기 제2 기준 전압의 유지각을 의미한다. Here, θ 'is the phase of the second reference voltage (V new * ), θ is the phase of the command voltage, α h means the holding angle of the second reference voltage.
상기 제2 과변조 영역에서의 상기 변조 지수(m)에 따른 유지각(αh)은 다음의 표와 같이 나타날 수 있다. The holding angle α h according to the modulation index m in the second overmodulation region may be shown in the following table.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 방법 중 하나를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing one of the above methods is included.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 장치는, 삼상 교류전원이 인덕터를 통해 스위칭 소자로 입력되고, 상기 스위칭소자는 직류단의 신호를 이용한 피드백 제어부의 피드백신호에 따라 온/오프되어 교류전원을 직류전원으로 변환하는 3상 전압형 PWM 인버터, 상기 스위칭 소자의 스위칭을 조절하기 위한 지령 전압을 생성하고 상기 지령 전압을 공간 벡터로 변환시키는 지령전압 벡터 변환부, 육각형 형태로 표현되며, 중심에서 6개의 꼭지점을 향하는 6개의 유효 벡터를 포함하는 d-q 평면 상의 기본 벡터 모델에 상기 지령 전압의 공간 벡터를 표시하는 공간 벡터 표시부, 상 전압의 기본파 성분의 크기와 상기 지령 전압의 기본파 성분의 크기를 이용하여 변조 지수(m)을 구하는 변조 지수 생성부, 상기 변조 지수의 크기에 따라 제1 과변조 영역과 제2 과변조 영역을 결정하는 과변조 영역 결정부, 그리고 상기 제1 과변조 영역이면, 상기 지령 전압의 크기를 제1 기준 전압 벡터로 승압시키고, 상기 제1 기준 전압 벡터가 상기 기본 벡터 모델을 벗어나는 경우 동일 위상 과변조 기법에 의하여 상기 지령 전압에 인접한 2개의 유효 벡터의 새로운 스위칭 시간을 계산하고, 상기 제2 과변조 영역이면, 상기 지령 전압의 크기를 제2 기준 전압 벡터로 승압시키고, 유지각(αh)을 계산하여 상기 유지각(αh)에 따라 상기 기본 벡터 모델에 투영시키는 구간을 계산하는 과변조 제어부를 포함한다. In the overmodulation control apparatus for a three-phase voltage PWM inverter according to another embodiment of the present invention, a three-phase AC power is input to a switching element through an inductor, and the switching element is a feedback signal of a feedback controller using a signal of a DC terminal. A three-phase voltage type PWM inverter that is turned on / off according to the present invention and converts AC power into DC power, a command voltage vector converting unit generating a command voltage for controlling switching of the switching element and converting the command voltage into a space vector; A spatial vector display unit for displaying a spatial vector of the reference voltage in a basic vector model on a dq plane, which is expressed in a hexagonal shape and includes six effective vectors facing six vertices from the center, and the magnitude of the fundamental wave component of the phase voltage. A modulation index generator for obtaining a modulation index (m) using the magnitude of the fundamental wave component of the command voltage; (D) an overmodulation region determiner that determines a first overmodulated region and a second overmodulated region, and the first overmodulated region, boosting the magnitude of the command voltage to a first reference voltage vector, When a vector deviates from the basic vector model, a new switching time of two effective vectors adjacent to the command voltage is calculated by the same phase overmodulation technique, and if the second overmodulation area is the second overmodulation area, the magnitude of the command voltage is based on the second reference. and by the step-up in voltage vector, calculating a respective maintenance (α h) according to the respective holding (α h) it includes the modulation control for calculating the interval for projecting the primary vector model.
이와 같이 본 발명에 따르면 공간 벡터 PWM의 과변조 영역에서 출력전압을 선형화하여 SVPWM 인버터의 전압 이용률을 최대화할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 과변조기법은 변조지수에 따라 제1 과변조 영역에서는 전압의 크기만을, 제2 과변조 영역에서는 유지각만을 스위칭 시간 계산에 사용하게 되어 구현이 용이하며, 지령치 전압치 생성시 삼각함수 연산등의 복잡한 연산이 필요치 않은 이점이 있다.As described above, according to the present invention, the output voltage is linearized in the overmodulation region of the space vector PWM to maximize the voltage utilization rate of the SVPWM inverter. In addition, the overmodulation technique according to the present invention is easy to implement by using only the magnitude of the voltage in the first overmodulation region and the holding angle in the second overmodulation region according to the modulation index. This has the advantage that no complicated operation such as trigonometric operation is required.
도 1a는 3상 전압형 PWM 인버터의 회로도이고, 도 1b는 과변조가 발생한 경우의 신호 파형도이다.
도 1c는 3상 전압형 PWM 인버터의 동작에 따른 공간 벡터를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 지령 전압을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 과변조 현상이 발생한 경우의 지령 전압 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 과변조 영역에서의 전압을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PWM 과변조 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PWM 과변조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 과변조 영역에서의 전압을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 동일 위상 과변조 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 과변조 영역에서의 mv1과 mv2의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 과변조 영역에서의 전압 생성 개념도를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 과변조 영역에서의 변조지수(m)과 유지각(αh)와의 관계를 나타내는 그래프이다.FIG. 1A is a circuit diagram of a three-phase voltage PWM inverter, and FIG. 1B is a signal waveform diagram when overmodulation occurs.
1C is a diagram for describing a method of generating a space vector according to an operation of a three-phase voltage type PWM inverter.
2A and 2B are diagrams for explaining a process of generating a command voltage.
3 is a diagram for explaining a command voltage vector when an overmodulation phenomenon occurs.
4 is a diagram for describing a process of generating a voltage in a first overmodulation area according to a first embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a PWM overmodulation device according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a PWM overmodulation method according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a process of generating a voltage in the first over-modulation region according to a second embodiment of the present invention.
8 is a diagram for describing an in-phase overmodulation scheme according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph illustrating a relationship between m v1 and m v2 in a first overmodulation area according to a second embodiment of the present invention.
10 illustrates a conceptual diagram of voltage generation in a second overmodulation region according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a relationship between a modulation index m and a holding angle α h in the second overmodulation area according to the second embodiment of the present invention.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
이하에서는 먼저 PWM 인버터에서의 과변조 현상에 대하여 설명한다.Hereinafter, the overmodulation phenomenon in the PWM inverter will be described.
도 1a는 3상 전압형 PWM 인버터의 회로도이고, 도 1b는 과변조가 발생한 경우의 신호 파형도이다. FIG. 1A is a circuit diagram of a three-phase voltage PWM inverter, and FIG. 1B is a signal waveform diagram when overmodulation occurs.
도 1a와 같이 3상 전압형 PWM 인버터에 따르면, 3상 교류전원(van, vbn, vcn)이 인덕터를 통해 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc)로 입력되고, 상기 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc)는 직류단의 신호를 이용한 피드백신호에 따라 온/오프되어 교류전원을 직류전원으로 변환시킨다. 그리고, 도 1b와 같이 지령 전압(Vr)이 반송파의 첨두치(Vc)보다 높은 구간에서는 과변조 현상이 발생하며, 이 구간에서는 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc)의 스위칭 동작이 발생하지 않는다. According to the three-phase voltage-type PWM inverter as shown in Figure 1a, three-phase AC power (v an , v bn , v cn ) is input to the switching element (S a , S b , S c ) through an inductor, the switching element (S a , S b , S c ) is turned on / off according to the feedback signal using the signal of the DC terminal to convert AC power to DC power. As shown in FIG. 1B, an overmodulation phenomenon occurs in a section in which the command voltage V r is higher than the peak value V c of the carrier, and in this section, the switching operation of the switching elements Sa , S b , and S c occurs. This does not happen.
도 1c는 3상 전압형 PWM 인버터의 동작에 따른 공간 벡터를 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 특히 도 1c는 3상 전압형 PWM 인버터에서 부하 상 전압을 d-q 변환하여 얻은 공간 벡터를 육각형으로 나타낸 기본 벡터 모델에 표시한 것이다. 1C is a diagram for describing a method of generating a space vector according to an operation of a three-phase voltage type PWM inverter. In particular, FIG. 1C shows a spatial vector obtained by d-q conversion of a load phase voltage in a three-phase voltage PWM inverter in a basic vector model represented by a hexagon.
d-q 평면 상의 기본 벡터 모델은, 도 1c와 같이 육각형으로 표현되며, 중심에서 6개의 꼭지점을 향하는 6개의 유효 벡터(V1, V2, V3, V4, V5, V6)와 중심을 향하는 2개의 유효 벡터(V0, V7)를 포함한다. 그리고 지령 전압은 인접한 2개의 유효 벡터를 이용하여 생성될 수 있다. The basic vector model on the dq plane is represented by a hexagon, as shown in Fig. 1c, and centers the six effective vectors (V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 ) from the center to six vertices. It includes two valid vectors (V 0 , V 7 ). And the command voltage can be generated using two adjacent effective vectors.
도 1c에서 나타낸 것처럼 예를 들어 V2 공간 벡터(110)를 생성하기 위해서는 도 1a에 나타낸 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc) 중에서 스위칭 소자(Sa, Sb)는 턴온하고, 스위칭 소자(Sc)는 턴오프한다. Switching elements (S a, S b) in as shown in Figure 1c, for example in order to produce a V 2 space vector 110, switching elements (S a, S b, S c) shown in Fig. 1a is turned on, and the switching element (S c) is turned off.
도 2a 및 도 2b는 지령 전압을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 특히 도 2a는 V1 공간 벡터(100)와 V2 공간 벡터(110) 사이에 위치한 지령 전압(V*)을 생성하기 위한 과정을 나타낸 것이고, 도 2b는 지령 전압(V*)에 인접한 근접 벡터(V1, V2)를 확대하여 나타낸 것이다. 2A and 2B are diagrams for explaining a process of generating a command voltage. In particular, FIG. 2A illustrates a process for generating a command voltage V * located between the V 1 space vector 100 and the V 2 space vector 110, and FIG. 2B illustrates a proximity vector adjacent to the command voltage V * . (V 1 , V 2 ) is shown enlarged.
도 2b에서 보는 바와 같이 지령 전압(V*)에 인접한 근접 벡터(V1, V2)는 총 스위칭 시간(TS) 중에서 각각 T1, T2만큼의 스위칭 시간을 소모한다. As shown in FIG. 2B, the proximity vectors V 1 and V 2 adjacent to the command voltage V * consume switching time of T 1 and T 2 , respectively, among the total switching time T S.
지령 전압(V*)에 대한 벡터(Vref)는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The vector V ref with respect to the command voltage V * may be expressed by
그리고 스위칭 주기가 짧은 경우 지령 전압(V*)의 크기는 일정하므로 수학식 1은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. In addition, when the switching period is short, the magnitude of the command voltage V * is constant, and thus
도 3은 과변조 현상이 발생한 경우의 지령 전압 벡터를 설명하기 위한 도면이다. 즉 도 3은 3상 변수의 변화를 d-q 평면상의 원점과 연결하는 벡터인 공간 벡터로 표시한 것으로서, 과변조 현상이 발생하면 지령 전압(V*)가 육각형을 벗어나게 되며, 주어진 스위칭 주기 동안 인접한 두 개 근접 벡터를 조합하여 지령 전압을 생성할 수 없다. 3 is a diagram for explaining a command voltage vector when an overmodulation phenomenon occurs. That is, FIG. 3 is a space vector, which is a vector connecting the origin of the dq plane with the change of the three-phase variable. When an overmodulation occurs, the command voltage (V * ) is out of a hexagon. It is not possible to generate the reference voltage by combining the dog proximity vectors.
따라서, 인버터의 출력전압을 선형영역이상까지 확대하기 위해서는 과변조 제어 방법이 필요하다. 과변조 제어 방법은 크게 정적 과변조와 동적 과변조 기법으로 구별될 수 있다. 동적 과변조 기법은 부하나 속도의 변동과 같은 과도 상태 시에 요구되는 지령 전압이 도 3과 같이 보다 큰 경우, 즉 육각형 내접원을 벗어날 경우 동특성(Dynamic response)의 향상을 위해 육각형의 빗면으로 지령 전압 벡터를 수정하는 것으로 전동기 벡터 제어 기법 등에 적용된다. 이에 비하여 정적 과변조 기법은 인버터 출력전압의 이용률을 최대화하기 위하여 V/F제어 등에서 선형제어 영역에서 6 스텝 제어 영역 등으로 자연스럽게 천이하도록 하는 과변조 방법이다. 따라서, 정적 과변조 기법은 과변조 영역에서 지령치 전압 벡터의 크기 및 위상을 조절하여 지령전압 벡터의 크기가 한 주기 동안의 평균전압이 동일하도록 지령치를 조정하는 기법으로, 변조지수 m의 크기에 따라 과변조 영역을 제1 과변조 영역(0.907 < m < 0.9514)과 제2 과변조 영역(0.9514 < m < 1)으로 나눌 수 있다. Therefore, in order to extend the output voltage of the inverter to a linear region or more, an overmodulation control method is required. Overmodulation control methods can be classified into static overmodulation and dynamic overmodulation. In dynamic overmodulation technique, the command voltage required in the transient state such as load or speed change is shown in FIG. If larger, that is, out of the hexagonal inscribed circle, the command voltage vector is modified by the hexagonal inclined plane to improve the dynamic response. On the other hand, the static overmodulation technique is an overmodulation scheme that allows a natural transition from a linear control region to a six step control region in V / F control, etc. in order to maximize the utilization of the inverter output voltage. Therefore, the static overmodulation technique is a technique of adjusting the setpoint so that the magnitude of the setpoint voltage vector is equal to the average voltage for one period by adjusting the magnitude and phase of the setpoint voltage vector in the overmodulation region. The overmodulation area may be divided into a first overmodulation area (0.907 <m <0.9514) and a second overmodulation area (0.9514 <m <1).
이하에서는 도 4를 통하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 공간전압 PWM 과변조 제어 그 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of controlling spatial voltage PWM overmodulation according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 과변조 영역에서의 전압을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for describing a process of generating a voltage in a first overmodulation area according to a first embodiment of the present invention.
먼저 변조지수 m은 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. First, the modulation index m can be expressed as
여기서, 지령 전압(V1 *)는 지령 전압의 기본파 성분의 크기를 나타낸다. Six step 구동 시, 즉 구형파 구동시에 m=1의 값을 가지며, 이때 V1 *는 구형파 구동에 해당하는 상전압의 기본파 크기인 이다. Here, the command voltage V 1 * represents the magnitude of the fundamental wave component of the command voltage. When six step driving, that is, square wave driving, m = 1, and V 1 * is the fundamental wave size of the phase voltage corresponding to square wave driving. to be.
제1 과변조 영역의 시작점은 지령치 벡터가 육각형의 사변에 접하는 시점으로, 지령 전압(V1 *)가 의 경우이며, 이때의 변조 지수 m은 수학식 4를 통해 계산하면 0.907의 값을 가지게 된다. The starting point of the first overmodulation region is the point where the setpoint vector is in contact with the quadrilateral of the hexagon, and the setpoint voltage V 1 * In this case, the modulation index m has a value of 0.907 when calculated through
도 4에서 보듯이 제1 과변조 영역은 현재의 지령 전압을 승압시킴으로써, 과변조가 일어나는 즉 지령 전압이 육각형을 벗어나는 영역에서 발생하는 전압크기 저하를 그 이외에 영역에서 보상하는 영역을 의미한다. 제1 과변조 영역의 끝은 m=0.9514인 경우 αc로 표시된 지령치 전압과 빗변시의 교차각이 0이 되는 경우이다. As shown in FIG. 4, the first overmodulation region is a region that compensates for a voltage drop in the region other than that where the overmodulation occurs, that is, the region where the command voltage is out of the hexagon by boosting the current command voltage. The end of the first overmodulation region is a case where the intersection angle between the setpoint voltage indicated by α c and the hypotenuse becomes 0 when m = 0.9514.
제1 과변조 영역에서는 전압을 과변조가 가능한 영역 B까지는 승압된 전압을 사용하고 그 이상의 값에 대해서는 육각형 빗면을 따라서 이동하도록 전압을 생성한다. 따라서 B-C 구간동안 지령전압 V*에 비하여 작게 만들어지는 전압을 승압이 가능한 구간인 A-B, C-D에서 승압을 하여 평균치 전압을 지령치 전압크기와 일치하도록 전압벡터의 크기를 조정한다. 즉, 제1 과변조 영역에서는 위상 지령은 변화가 없고, 전압 지령은 증가된 값을 사용하게 된다. In the first overmodulation region, the voltage is generated to be used to boost the voltage up to the region B capable of overmodulation, and to move along the hexagonal oblique surface for more values. Therefore, during the BC period, the voltage made smaller than the command voltage V * is boosted in the sections AB and CD that are capable of boosting, and the magnitude of the voltage vector is adjusted so that the average voltage matches the command voltage level. That is, in the first overmodulation region, the phase command remains unchanged and the voltage command uses an increased value.
다시 말하면, A-B구간에서는 육각형의 사면과 내접하기 전에는 승압된 전압을 생성하게 되고, B-C구간에서는 육각형 안으로 크기가 제한된 전압의 지령치가 사용되고, C-D구간에서는 다시 승압된 전압을 생성하게 된다. In other words, in the A-B section, the boosted voltage is generated before inscribed with the hexagonal slope, and in the B-C section, the command value of the limited voltage is used in the hexagon, and the boosted voltage is generated again in the C-D section.
여기서 전압의 지령치는 아래의 수학식 5로 나타낼 수 있다. Here, the command value of the voltage may be represented by
제2 과변조 영역은 지령 전압의 승압을 통하여 원하는 지령 전압 크기를 만족시키지 못하는 지점에서 시작된다. 즉, 제2 과변조 영역은 제1 과변조 영역 이상에서 Six-Step 운전까지의 영역을 포함한다. 제2 과변조 영역에서는 등가 전압 제어를 하는 경우 순시 전압의 크기와 위상을 유지할 수 없고 전압 벡터의 크기와 위상을 조절해야 한다. The second overmodulation region starts at a point where the desired command voltage magnitude is not satisfied by stepping up the command voltage. That is, the second overmodulation region includes a region from the first overmodulation region to six-step operation. In the second overmodulation region, when the equivalent voltage control is performed, the magnitude and phase of the instantaneous voltage cannot be maintained and the magnitude and phase of the voltage vector must be adjusted.
따라서 제2 과변조 영역에서는 주어진 지령 전압의 기본 값을 만족하기 위해서 일정 시간 동안 제일 큰 벡터인 V1과 V2에 머물게 함으로써 지령치 전압 크기를 만족하도록 하는데, 이 때 일정 각도 동안 머물도록 한다. Therefore, in the second overmodulation region, the setpoint voltage level is satisfied by staying at the largest vectors V 1 and V 2 for a predetermined time in order to satisfy the basic value of the given command voltage.
그리고, 제2 과변조 영역에서 전압 지령은 다음의 수학식 6과 같다. The voltage command in the second overmodulation area is expressed by the following equation (6).
그리고 변조지수 m에 따라 전압의 크기를 결정하게 되는데 출력 전압의 크기가 가장 크게 되는 꼭지점에 머무는 시간을 조절해서 출력 전압을 맞추도록 한다. 이때 유지시간은 유지각(holding angle) αh에 의해 결정된다. 위상 지령은 다음의 수학식 7과 같다.Then, the magnitude of the voltage is determined according to the modulation index m. The output voltage is adjusted by adjusting the dwell time at the vertex of the largest output voltage. At this time, the holding time is determined by the holding angle α h . The phase command is shown in
제2 과변조 영역에서는 위상지령의 변화가 발생하는데 V*가 αh보다 작은 영역에 위치한 경우 전압의 지령치는 수학식 7의 첫 번째 식과 같이 삼각형의 우측 밑면의 꼭지점인 우측 벡터를 출력하고, V*가 계산된 유지각(αh)보다 크며 보다 작은 위상각 영역에서는 새로운 위상(αv)는 수학식 7의 두 번째 식과 같이 새로운 위상 지령으로 설정된다.In the second overmodulation region, a phase command change occurs, and when V * is located in a region smaller than α h , the voltage command value outputs a right vector, which is a vertex of the lower right side of the triangle, as in the first equation (7), and V * Is greater than the calculated holding angle (α h ) In the smaller phase angle region, the new phase α v is set to a new phase command as in the second equation of
또한 V*의 위상이 보다 큰 경우에는 수학식 7의 세 번째 식과 같이 지령치 전압의 좌측에 있는 전압 벡터를 출력한다. Also, the phase of V * If larger, the voltage vector on the left side of the setpoint voltage is output as shown in
그러나 본 발명의 제1 실시예에 따르면 과변조 영역에 따라 승압된 전압을 별도로 계산을 해야 한다는 점에서 작업 시간이 다소 걸리고 구현이 복잡하다는 단점이 있는 바, 이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 구현이 용이한 과변조 제어 기법에 대하여 설명한다. However, according to the first exemplary embodiment of the present invention, it takes a long time and complicated implementation in that the voltage boosted according to the overmodulation region must be calculated separately. The following describes an overmodulation control technique that can be easily implemented.
이하에서는 도 5 및 도 6을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 PWM 과변조 장치 및 그 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a PWM overmodulation device and a method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 PWM 과변조 장치를 나타낸 도면이다. 도 5와 같이 본 발명의 실시예에 따른 PWM 과변조 장치는 3상 전압형 PWM 인버터(510), 지령전압 벡터 변환부(520), 공간 벡터 표시부(530), 변조 지수 생성부(540), 과변조 영역 결정부(550), 및 과변조 제어부(560)를 포함한다. 5 is a diagram illustrating a PWM overmodulation device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the PWM overmodulation device according to an embodiment of the present invention includes a three-phase voltage
먼저 3상 전압형 PWM 인버터(510)은 도 1a와 같이 삼상 교류전원이 인덕터를 통해 스위칭 소자로 입력되고, 상기 스위칭소자는 직류단의 신호를 이용한 피드백 제어부의 피드백신호에 따라 온/오프되어 교류전원을 직류전원으로 변환한다. First, the three-phase
지령전압 벡터 변환부(520)는 스위칭 소자의 스위칭을 조절하기 위한 지령 전압을 생성하고 상기 지령 전압을 공간 벡터로 변환시킨다. The command
공간 벡터 표시부(530)는 도 1c에 나타낸 d-q 평면 상의 기본 벡터 모델에 상기 지령 전압의 공간 벡터를 표시한다. The space vector display unit 530 displays the space vector of the command voltage in the basic vector model on the d-q plane shown in FIG. 1C.
변조 지수 생성부(540)는 상 전압의 기본파 성분의 크기와 상기 지령 전압의 기본파 성분의 크기를 이용하여 변조 지수(m)를 계산한다. 과변조 영역 결정부(550)는 변조 지수의 크기에 따라 제1 과변조 영역과 제2 과변조 영역을 결정한다. The modulation index generator 540 calculates the modulation index m using the magnitude of the fundamental wave component of the phase voltage and the magnitude of the fundamental wave component of the command voltage. The overmodulation area determiner 550 determines the first overmodulation area and the second overmodulation area according to the magnitude of the modulation index.
과변조 제어부(560)는 제1 과변조 영역이면, 상기 지령 전압의 크기를 제1 기준 전압 벡터로 승압시키고, 제1 기준 전압 벡터가 상기 기본 벡터 모델을 벗어나는 경우 동일 위상 과변조 기법에 의하여 상기 지령 전압에 인접한 2개의 유효 벡터의 새로운 스위칭 시간을 계산한다. 그리고, 제2 과변조 영역이면, 지령 전압의 크기를 제2 기준 전압 벡터로 승압시키고, 유지각(αh)을 계산하여 유지각(αh)에 따라 기본 벡터 모델에 투영시키는 구간을 계산한다. 그리고, 스위칭 신호를 3상 전압형 PWM 인버터(510)에 피드백하여 3상 전압형 PWM 인버터(510)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 또는 듀티율을 조절한다. The overmodulation control unit 560 boosts the magnitude of the command voltage to a first reference voltage vector in the first overmodulation area, and when the first reference voltage vector deviates from the basic vector model, Calculate the new switching time of two valid vectors adjacent to the reference voltage. Then, in the second overmodulation region, the magnitude of the command voltage is boosted to the second reference voltage vector, the holding angle α h is calculated, and the interval for projecting the base vector model according to the holding angle α h is calculated. . Then, the switching signal is fed back to the three-phase voltage-
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PWM 과변조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 과변조 영역에서의 전압을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 동일 위상 과변조 기법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 6 is a flowchart illustrating a PWM overmodulation method according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating a process of generating a voltage in a first overmodulation region according to a second embodiment of the present invention. 8 is a diagram for describing an in-phase overmodulation scheme according to an embodiment of the present invention.
먼저 지령전압 벡터 변환부(520)는 3상 전압형 PWM 인버터로부터 출력된 직류 전압을 이용하여 상기 스위칭 소자(Sa, Sb, Sc)의 스위칭을 조절하기 위한 지령 전압(V*)를 생성하고(S610), 생성된 지령 전압(V*)를 도 3과 같은 d-q 평면상의 원점과 연결하는 벡터인 공간 벡터로 변환시킨다(S620). First, the command
그 다음 변조 지수 생성부(540)는 상기 수학식 3을 통하여 변조 지수 m을 구하고, 과변조 영역 결정부(550)는 m에 따라 과변조 영역을 결정한다(S630). 즉, 앞에서 설명한 것처럼 변조 지수 m이 0.907 < m < 0.9514의 범위에 해당하면 제1 과변조 영역으로 결정하고, 0.9514 < m < 1의 범위에 해당하면 제2 과변조 영역으로 결정한다. Next, the modulation index generator 540 obtains the modulation index m through
만일 제1 과변조 영역으로 결정되면, 제1 과변조 영역에서는 지령 전압(V*) 값의 기본파 성분의 크기가 새로운 지령 전압, 즉 승압된 전압치가 도 4와 같이 원의 궤적으로 이동시 지령치 전압의 기본파 크기와 일치하도록 승압된 전압을 생성하게 된다. 여기서 승압되는 전압의 크기는 푸리에 급수 전개를 통해 계산한다. 편의상 수학식 5를 수학식 9로 다시 나타내었으며, 수학식 8과 수학식 9에서 V2는 승압된 전압의 크기, V1은 지령치 전압의 기본파의 첨두치 크기를 나타낸다. If it is determined as the first overmodulation region, in the first overmodulation region, the fundamental voltage component of the command voltage (V * ) value has a new command voltage, that is, the command value voltage when the stepped-up voltage value moves in the locus of a circle as shown in FIG. It generates a voltage boosted to match the fundamental wave size of. The magnitude of the voltage boosted here is calculated by Fourier series expansion. For convenience,
동일위상 과변조 기법을 적용하여 제1 과변조 영역에서의 정적 과변조 기법을 구현하고자 한다면, 승압된 전압의 크기인 V2만을 결정하면 된다. 즉 수학식 9는 V2ej θ로 표현할 수 있는 전압벡터가 αc < θ < π/3-αc 구간에서는 수학식 9의 두 번째 식과 같이 빗변에 사영되는 것이므로 동일 위상 과변조 기법을 이용하여 αc < θ < π/3-αc 구간에서의 지령치 전압을 결정하게 되면 육각형의 빗변으로 V2ej θ가 사영되는 것과 같은 원리이므로 수학식 9의 두 번째 식이 저절로 만족된다. 한편 αc < θ < π/3-αc 구간에서는 T1+T2 > Ts인 조건이므로 αc에 대한 정보 없이도 T1+T2 > Ts 조건에 의해 수학식 9를 만족하는 전압 지령치를 만들어 낼 수 있다. In order to implement a static overmodulation technique in the first overmodulation region by applying the in-phase overmodulation technique, only V 2, which is the magnitude of the boosted voltage, needs to be determined. That is, in
여기서, V2의 크기는 m에 의해서 주어지는 최초의 지령치 전압 크기인 V1의 크기와 수학식 9에 의해 생성되는 전압의 크기가 동일하도록 결정하면 되고, 본 발명에서는 푸리에 급수 전개를 통하여 기본파의 크기가 일치하도록 결정한다. 이에 대한 수식은 수학식 10과 같다. Here, the magnitude of V 2 may be determined such that the magnitude of V 1, which is the magnitude of the initial setpoint voltage given by m, and the magnitude of the voltage generated by
푸리에 계수 연산 시 주기에 따라 곱해져야 할 계수는 등식의 양쪽 항에 동일한 값으로 나타나므로, 계산의 편리함을 위하여 소거하였다.The coefficients to be multiplied according to the period during the Fourier coefficient calculation are represented by the same value in both terms of the equation, and are removed for the convenience of calculation.
그리고,임을 이용하여, 수학식 10에 대입하여 정리하면 다음의 수학식 11를 얻을 수 있다.And, By substituting and substituting into Equation 10, Equation 11 can be obtained.
여기서 로 하여 위의 식을 정리하면 아래의 수학식 12 및 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.here The above equations can be summarized as in Equations 12 and 13 below.
여기서, 수학식 13을 수학식 12에 대입하여 정리하면 도 4에서 B점에 해당하는 각도인 αc와 지령 전압의 관계를 수학식 14와 같이 얻을 수 있다.Here, by substituting Equation 13 into Equation 12, the relationship between α c , which is an angle corresponding to point B in FIG. 4, and the command voltage can be obtained as in Equation 14.
제2 과변조 영역에서의 지령치 전압(V1)의 크기로부터 수학식 14를 이용하여 αc를 구하고, 획득한 αc를 수학식 13에 대입하면 승압된 전압 크기인 V2를 구할 수 있다. 이와 같이, 변조지수 m으로부터 지령치 전압(V1)의 크기가 승압된 전압의 크기인 V2를 구할 수 있다. Α c is obtained from the magnitude of the command value voltage V 1 in the second overmodulation region by using Equation 14, and substituting the obtained α c into Equation 13, V 2 can be obtained. In this manner, V 2 , which is the magnitude of the voltage boosted by the magnitude of the command value voltage V 1 , can be obtained from the modulation index m.
한편, V2 크기를 갖는 새로운 지령 전압은 도 4에서 보는 것과 같이, A-B, C-D 구간에서는 원의 궤적을 따라, B-C구간에서는 육각형의 사면을 따라 움직이게 되므로, 빗변을 벗어나는 영역에서는 동일 위상 과변조 기법과 같이 육각형의 빗면에 새로운 지령 전압이 머물도록 하여 Vb *로 승압된 전압을 생성하게 된다. On the other hand, as shown in Figure 4, the new command voltage having the magnitude of V 2 is moved along the trajectory of the circle in the AB and CD sections and along the slope of the hexagon in the BC section. As shown in the figure, the new command voltage stays on the hexagonal oblique surface to generate a voltage boosted to V b * .
여기서, 도 8을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 동일 위상 과변조 기법에 대하여 설명하면, 동일 위상 과변조 기법은 지령벡터가 육각형을 벗어날 경우 지령 전압의 위상을 유지한 상태로 육각형의 빗변으로 사영(V* -> Vnew *)하여 새로운 벡터를 지령치 전압으로 생성한다. Here, the same phase overmodulation technique according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. In the same phase overmodulation technique, when the command vector is out of the hexagon, the phase of the command voltage is projected to the hypotenuse of the hexagon. Create a new vector as the setpoint voltage by (V * -> V new * ).
이때의 사영된 전압(Vnew *)을 생성하기 위한 새로운 인가시간 T1 new, T2 new는 다음의 수학식 15와 같이 결정된다. 본 발명의 실시예에 따른 과변조 기법은 제1 과변조 영역과 제2 과변조 영역에 동일하게 적용되어 스위칭 시간을 계산한다.The new application time T 1 new , T 2 new to generate the projected voltage V new * at this time is determined as in Equation 15 below. The overmodulation technique according to the embodiment of the present invention is applied to the first overmodulation region and the second overmodulation region in the same manner to calculate the switching time.
여기서, T1은 지령 전압(V*)를 생성하기 위한 인접한 2개의 유효 벡터(V1, V2)의 최초의 스위칭 시간을 나타내고, TS는 총 스위칭 인가 시간을 나타낸다. Here, T 1 represents the first switching time of two adjacent effective vectors V 1 and V 2 for generating the command voltage V * , and T S represents the total switching application time.
즉, 제어부(530)는 구간의 구별이 없이 승압된 전압에 의해 T1과 T2를 계산하고, T1+ T2 > TS인 경우 수학식 5와 같이 새로운 인가시간(T1 new, T2 new)을 결정하고, 제1 과변조 영역에서 B-C 구간등과 같은 구간의 구별없이 간단히 과변조 기법을 구현할 수 있다(S640). 수학식 14에서 V1(= V*)에 따른 V2(= Vb *)의 관계는 도 7과 같이 나타낼 수 있다. That is, the controller 530 calculates T 1 and T 2 based on the boosted voltage without distinguishing sections, and when T 1 + T 2 > T S , a new application time T 1 new , T as shown in Equation 5 2 new ), and the overmodulation technique can be simply implemented without distinguishing a section such as a BC section in the first overmodulation region (S640). In Equation 14, the relationship between V 2 (= V b * ) according to V 1 (= V * ) may be represented as shown in FIG. 7.
따라서 V1에 따른 즉 변조지수에 따라 구간별로 1차식으로 선형화된 식을 사용하여 구현하였다. 도 7은 도 4를 다시 표시한 것으로 V1(= V*)과 V2(= Vb *)의 관계를 변조지수 m의 관계로 나타내기 위하여 다시 나타내었다. Therefore, the linearized equation is linearly used for each section according to V 1 , that is, according to the modulation index. FIG. 7 is a display of FIG. 4 again, and the relationship between V 1 (= V * ) and V 2 (= V b * ) is shown again to represent the relationship between modulation index m.
한편, 과변조 영역 시작 지점의 V1의 크기는 이고 이때 변조 지수 m은 0.907이다. 이때 V2를 나타내는 승압된 변조지수 mv2는 0.907이 된다. 제1 과변조 영역에서는 mv2는 mv1에 비해 커지게 된다. Meanwhile, the size of V 1 at the start point of the overmodulation area is And the modulation index m is 0.907. In this case, the boosted modulation index m v2 indicating V 2 is 0.907. In the first overmodulation region, m v2 becomes larger than m v1 .
여기서, mv2는 수학식 (13)과 같이 본 발명에서 정의하였으며, 수학식 17은 수학식 16과의 비교를 용이하게 하기 위해 변조지수 m을 다시 나타낸 것이다. 수학식 16에서의 Vinst *는 지령전압의 순시치이며, V*로 표시된 기본파 크기의 첨두치와 구별된다. Here, m v2 is defined in the present invention as in Equation (13), and Equation (17) is a representation of the modulation index m to facilitate the comparison with Equation (16). V inst * in Equation 16 is the instantaneous value of the command voltage, and is distinguished from the peak value of the fundamental wave size indicated by V * .
제1 과변조 영역의 끝지점의 경우, V1은 0.6057Vdc가 되며, 이때 mv1은 0.9514, mv2는 1.0472에 해당하게 되고 이는 승압된 전압의 크기는 육각형에 외접하는 전압크기인 2/3Vdc에 해당하는 값이다. 따라서 수학식 3, 수학식 13, 수학식 14를 사용하여 m에 따른 mv2를 그리면 도 9와 같다. At the end of the first overmodulation region, V 1 is 0.6057V dc, where m v1 is 0.9514 and m v2 is 1.0472, which means that the magnitude of the boosted voltage is the voltage magnitude circumscribed to the hexagon. The value corresponds to 3V dc . Accordingly, when m v2 according to m is drawn using
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 과변조 영역에서의 mv1과 mv2의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9에 따른 mv1과 mv2의 관계를 Matlab의 curve fitting tool을 사용하여 3 구간으로 근사화시키면 표 1과 같이 정리할 수 있다. 표 1은 제1 과변조 영역에서의 변조지수 근사식을 나타낸 것이다. 9 is a graph illustrating a relationship between m v1 and m v2 in a first overmodulation area according to a second embodiment of the present invention. If the relationship between m v1 and m v2 according to FIG. 9 is approximated in three sections using the curve fitting tool of Matlab, it can be summarized as shown in Table 1. Table 1 shows an approximation equation of the modulation index in the first overmodulation region.
여기서, 수학식 4의 m 식에서 보면 기준전압을 4/π* Vdc/2 = 2/π* Vdc로 나눈 것이 m임을 알 수 있으므로 m 또는 mv1은 원 지령치의 기준전압 크기(기본파 전압임)에 상응하는 값이라고 볼 수 있다. 따라서 수학식 4에 의해 지령 전압은 m으로 변환이 가능하므로, 표 1을 통해서 지령 전압의 크기에 따른 승압된 기준전압의 크기를 유추할 수 있다. Here, in the equation m, it can be seen that m divided by 4 / π * V dc / 2 = 2 / π * V dc , so m or m v1 is the reference voltage of the original setpoint (base wave voltage). Value). Therefore, since the command voltage can be converted into m by
한편, mv2가 1.0472인 즉 승압된 전압의 크기가 2/3Vdc가 되는 시점 이후로는 더 이상 출력 전압을 증가할 수 없으므로 제2 과변조 영역으로 모드가 전환되어야 한다. 제2 과변조 영역의 지령치 전압의 기본파 크기를 만족하기 위하여, 수학식 7에서 볼 수 있듯이 유지각(αh)동안 2/3Vdc 의 전압을 인가하는 구간이 필요하다. On the other hand, since m v2 is 1.0472, that is, the output voltage can no longer increase after the point at which the boosted voltage becomes 2 / 3V dc , the mode must be switched to the second overmodulation region. In order to satisfy the fundamental wave magnitude of the setpoint voltage in the second overmodulation region, as shown in
제1 과변조 영역에서와 마찬가지로, 제2 과변조 영역에서도 동일위상 과변조 기법을 사용하여 새로운 전압 지령을 생성한다(S650). As in the first overmodulation region, a new voltage command is generated in the second overmodulation region using the in-phase overmodulation technique (S650).
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 과변조 영역에서의 전압 생성 개념도를 나타낸 것이다. 즉 지령치 전압의 궤적이 눈금 선으로 표시된 안쪽 반원인 경우 승압된 전압의 지령의 크기를 2/3Vdc로 고정하고 유지각(αh)만을 계산하여 유지각 이전에 지령전압이 위치하는 경우에는 새로운 전압 벡터의 위상은 0도에 머물게 하고(도 10의 (a)), 현재의 위상각이 인 경우보다 큰 경우에는 60도에서 머물게 하며 (도 10의 (c)), 이 외의 구간 (도 10의 (b)) 에서는 지령 위상각과 일치하도록 전압벡터를 생성한다. 10 illustrates a conceptual diagram of voltage generation in a second overmodulation region according to an embodiment of the present invention. In other words, if the trajectory of the setpoint voltage is the inner semicircle indicated by the scale line, the size of the stepped-up voltage is fixed to 2 / 3V dc and only the holding angle (α h ) is calculated. The phase of the voltage vector remains at 0 degrees (Fig. 10 (a)), and the current phase angle If larger than, stay at 60 degrees (Fig. 10 (c)), and in other sections (Fig. 10 (b)) generates a voltage vector to match the command phase angle.
도 10에 나타낸 제2 과변조 영역에서의 새로운 지령 전압(Vnew *)와 새로운 위상각 지령치(θ*)는 수학식 18와 같이 생성된다.The new command voltage V new * and the new phase angle command value θ * in the second overmodulation region shown in FIG. 10 are generated as in Equation 18.
변조지수 m, 즉 등가적인 값인 V1의 크기에 따른 유지각(αh) 계산은 다음과 같이 구할 수 있다. 유지각(αh)은 제1 과변조 영역과 동일한 방법으로 구하는데, 수학식 5를 사용하여 지령치 전압과 지령치 전압의 기본파 전압 크기를 동일하게 하기 위하여 푸리에 급수 전개하면 수학식 19를 얻을 수 있다.Calculation of the holding angle α h according to the modulation index m, that is, the equivalent value of V 1 can be obtained as follows. The holding angle α h is obtained by the same method as that of the first overmodulation region, and the equation (19) can be obtained by performing Fourier series expansion to equalize the fundamental wave voltage magnitude of the setpoint voltage and the setpoint
수학식 19는 수학식 20과 같이 전개되며, 이를 실수부와 허수부로 나누어 정리하면 수학식 21을 얻을 수 있다. Equation 19 is developed as shown in Equation 20. If the equation is divided into a real part and an imaginary part, Equation 21 can be obtained.
여기서, 수학식 3의 변조지수 m을 이용하여 수학식 21을 정리하면 변조지수(m)과 유지각(αh)와의 관계는 다음의 수학식 22으로 나타낼 수 있다. Here, when Equation 21 is arranged using the modulation index m of
따라서 m 등가적으로 최초의 지령치 전압의 크기로부터 수학식 22를 이용하여 구한 유지각(αh)는 도 11과 같이 나타남을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the holding angle α h obtained by using Equation 22 from the magnitude of the first setpoint voltage is equivalent to m, as shown in FIG. 11.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 과변조 영역에서의 변조지수(m)과 유지각(αh)와의 관계를 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing a relationship between a modulation index m and a holding angle α h in the second overmodulation area according to the second embodiment of the present invention.
제1 과변조 영역에서와 마찬가지로 Matlab의 curve fitting tool을 이용하여 3 구간으로 나누어서, 변조지수(m)에 따른 유지각(αh)을 1차 선형 방정식으로 근사화시키면 다음의 표 2와 같이 나타낼 수 있다. 표 2는 제2 과변조 영역에서의 변조지수 근사식을 나타낸다. As in the first over-modulation region, using the Matlab curve fitting tool, it is divided into three sections and the approximation of the holding angle (α h ) according to the modulation index (m) to the linear equation is shown in Table 2 below. have. Table 2 shows the modulation index approximation equation in the second overmodulation region.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 제2 과변조 영역에서의 스위칭 시간 계산은 전압 위상과 크기에 따라 결정된다. 즉, 지령치 전압의 위상은 변조지수 m에 따른 유지각(αh)의 크기는 표 2에 나타난 근사식을 통해 결정하며, 이를 이용하여 위상 지령은 수학식 18에 의해 결정된다. 한편 새로운 지령치 전압의 순시치 크기는 2/3Vdc로 한다. 제2 과변조 영역에서는 지령치 전압의 크기가 2/3Vdc로 항상 육각형의 사변을 벗어나므로, 즉 T1 + T2 > TS인 경우이므로, 사변으로 사영된 새로운 인가시간은 동일 위상 변조기법인 수학식 15로 결정한다. As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, the switching time calculation in the second overmodulation region is determined according to the voltage phase and magnitude. That is, the phase of the setpoint voltage is determined by the approximation equation shown in Table 2, and the magnitude of the holding angle α h according to the modulation index m is determined by using Equation 18. On the other hand, the instantaneous magnitude of the new setpoint voltage is 2 / 3V dc . In the second overmodulation region, the setpoint voltage magnitude is 2 / 3V dc, which is always outside the hexagonal quadrilateral, that is, T 1. + T 2 > T S , the new application time projected on the quadrangle is determined by Equation 15, which is an in-phase modulation technique.
그리고 PWM 발생을 위하여 시비율을 이용하여 스위칭 시간을 계산한다(S660). 즉, 동일 위상 과변조 기법의 시간의 비율에 따른 즉, 시비율(duty ratio)을 통하여 스위칭 시간을 계산하는 방식으로 스위칭 시간을 계산한다. In operation S660, the switching time is calculated using the ratio of the ratio for generating the PWM. That is, the switching time is calculated by calculating the switching time according to the ratio of time of the in-phase overmodulation scheme, that is, through the duty ratio.
과변조 영역에서 시비율 계산을 위해 mv1과 mv2의 관계를 살펴볼 필요가 있으므로, 수학식 16과 17을 수학식 23, 24로 다시 나타내었다. Since it is necessary to examine the relationship between m v1 and m v2 in the overmodulation region, Equations 16 and 17 are represented by Equations 23 and 24.
수학식 23에서 변조 지수 m은 구형파 구동 시 기본파 전압크기와 지령치의 기본파 크기의 비를 나타낸다. 과변조 영역에서 V/F제어시 m의 범위를 0~1로 변동 시에 1은 구형파 구동에 해당하고, 이때 지령치 전압은 2/3Vdc, 그리고 유지각(αh)은 30°에 해당한다. 과변조 영역에서 승압되는 전압의 크기는 기본파 성분이 아니라, 순시치에 해당하므로 제안하는 기법의 구현 시는 순시치를 이용한 승압 전압의 결정이 필요하다. 따라서 순시치를 이용한 변조지수를 mv2라 하고 식 25와 같이 정의하였다. In Equation 23, the modulation index m represents the ratio of the fundamental wave voltage magnitude and the fundamental wave size of the command value when the square wave is driven. When the range of m is changed from 0 to 1 in the V / F control in the overmodulation area, 1 corresponds to square wave driving, where the setpoint voltage corresponds to 2 / 3V dc and the holding angle α h corresponds to 30 °. . Since the magnitude of the voltage boosted in the overmodulation region is not an elementary wave component but an instantaneous value, it is necessary to determine the boosted voltage using the instantaneous value when implementing the proposed technique. Therefore, the modulation index using the instantaneous value is m v2 and is defined as Equation 25.
V1 *는 지령치 전압의 기본파 크기이고, Vinst * 는 지령전압의 순시치이다. 구형파 구동에 해당하는 V*의 기본파가 2Vdc/π인 경우 Vinst * 는 2/3Vdc가 되어 mv2 = 1이지만 mv2 = π/3 = 1.0472가 된다. 따라서, m과 동일한 mv1값의 범위는 0 ~ 1 인데 반해 mv2는 0 ~ 1.0472의 값을 갖는다. 지령치 전압은 순시치이므로 mv2를 이용해서 전압벡터 인가시간 T1 , T2 , T0를 생성한다. V 1 * is the magnitude of the fundamental wave of the setpoint voltage, and V inst * is the instantaneous value of the setpoint voltage. If the fundamental wave of V * corresponding to square wave driving is 2V dc / π, V inst * becomes 2 / 3V dc and m v2 = 1 but m v2 = π / 3 = 1.0472 Thus, the value of m v1 equal to m ranges from 0 to 1, whereas m v2 has a value from 0 to 1.0472. Since the setpoint voltage is instantaneous, the voltage vector application times T 1 , T 2 and T 0 are generated using m v2 .
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 SVPWM의 과변조 영역에서 출력전압을 선형화하여 SVPWM 인버터의 전압 이용률을 최대화할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면 유도전동기의 V/F 제어와 같은 정적 과변조 기법 시 과변조 전압의 생성 및 지령치 전압의 출력 선형성을 증대하기 위한 지령치 전압의 생성에 있어서 복잡한 연산과정을 개선하기 위하여 전동기의 벡터제어 기법등에 사용되는 동일 위상 과변조 방식을 적용한 새로운 정적 과변조 방식을 제안하였다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, the output voltage may be linearized in the overmodulation region of the SVPWM to maximize the voltage utilization rate of the SVPWM inverter. That is, according to an embodiment of the present invention to improve the complicated operation in the generation of the over-modulation voltage and the generation of the setpoint voltage to increase the output linearity of the setpoint voltage in the static overmodulation technique such as V / F control of the induction motor For this purpose, a new static overmodulation scheme using the in-phase overmodulation scheme, which is used in the vector control technique, is proposed.
본 발명의 실시예에 따른 과변조기법은 변조지수에 따라 제1 과변조 영역에서는 전압의 크기만을, 제2 과변조 영역에서는 유지각만을 스위칭 시간 계산에 사용하게 되어 구현이 용이하며, 지령치 전압치 생성시 삼각함수 연산등의 복잡한 연산이 필요치 않은 이점이 있다. The overmodulation technique according to the embodiment of the present invention is easy to implement by using only the magnitude of the voltage in the first overmodulation region and only the holding angle in the second overmodulation region according to the modulation index. The advantage of generating complex calculations such as trigonometric calculations is not required.
본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 지금까지 설명한 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 또는 이러한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Embodiments of the present invention include a computer-readable medium having program instructions for performing various computer-implemented operations. This medium records a program for executing the overmodulation control method of the three-phase voltage-type PWM inverter described so far. The medium may include program instructions, data files, data structures, etc., alone or in combination. Examples of such media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD and DVD, programmed instructions such as floptical disk and magneto-optical media, ROM, RAM, And a hardware device configured to store and execute the program. Or such medium may be a transmission medium, such as optical or metal lines, waveguides, etc., including a carrier wave that transmits a signal specifying a program command, data structure, or the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
Claims (17)
상기 스위칭 소자의 스위칭을 조절하기 위한 지령 전압을 생성하고 상기 지령 전압을 공간 벡터로 변환시키는 단계,
육각형 형태로 표현되며, 중심에서 6개의 꼭지점을 향하는 6개의 유효 벡터를 포함하는 d-q 평면 상의 기본 벡터 모델에 상기 지령 전압의 공간 벡터를 표시하는 단계,
상 전압의 기본파 성분의 크기와 상기 지령 전압의 기본파 성분의 크기를 이용하여 변조 지수(m)을 구하는 단계,
상기 변조 지수의 크기에 따라 제1 과변조 영역과 제2 과변조 영역을 결정하는 단계,
상기 제1 과변조 영역이면, 상기 지령 전압의 크기를 제1 기준 전압 벡터로 승압시키고, 상기 제1 기준 전압 벡터가 상기 기본 벡터 모델을 벗어나는 경우 동일 위상 과변조 기법에 의하여 상기 지령 전압에 인접한 2개의 유효 벡터의 새로운 스위칭 시간을 계산하는 단계,
상기 제2 과변조 영역이면, 상기 지령 전압의 크기를 제2 기준 전압 벡터로 승압시키고, 유지각(αh)을 계산하여 상기 유지각(αh)에 따라 상기 기본 벡터 모델에 투영시키는 구간을 계산하는 단계를 포함하는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법. Three-phase AC power is input to the switching element through an inductor, and the switching element is turned on / off according to the feedback signal of the feedback control unit using the signal of the DC terminal to convert the AC power into DC power. In the modulation control method,
Generating a command voltage for adjusting the switching of the switching element and converting the command voltage into a space vector;
Displaying the spatial vector of the command voltage in a basic vector model on the dq plane, which is expressed in the form of a hexagon and includes six effective vectors facing six vertices from the center,
Obtaining a modulation index (m) using the magnitude of the fundamental wave component of the phase voltage and the magnitude of the fundamental wave component of the command voltage;
Determining a first overmodulation region and a second overmodulation region according to the magnitude of the modulation index;
In the first over-modulation region, the command voltage is boosted to a first reference voltage vector, and when the first reference voltage vector is out of the basic vector model, 2 adjacent to the command voltage by an in-phase overmodulation technique is used. Calculating a new switching time of the effective vectors,
Wherein the section of the projection to the base vector model in accordance with a second and if the modulation region, and the step-up the magnitude of the command voltage to a second reference voltage vector, the holding angle (α h) of the holding by calculating each (α h) The overmodulation control method of the three-phase voltage-type PWM inverter comprising the step of calculating.
상기 변조 지수(m)을 구하는 단계는,
다음의 수학식을 통하여 구하는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법:
여기서, 지령 전압(V1 *)는 지령 전압의 기본파 성분의 크기를 나타내고, 는 상 전압의 기본파 성분의 크기를 나타낸다. The method of claim 1,
Obtaining the modulation index (m) is,
The overmodulation control method of the three-phase voltage PWM inverter obtained by the following equation:
Here, the command voltage (V 1 * ) represents the magnitude of the fundamental wave component of the command voltage, Denotes the magnitude of the fundamental wave component of the phase voltage.
상기 제1 과변조 영역과 제2 과변조 영역을 결정하는 단계는,
상기 변조 지수 m이 0.907 < m < 0.9514의 범위에 해당하면 상기 제1 과변조 영역으로 결정하고, 0.9514 < m < 1의 범위에 해당하면 상기 제2 과변조 영역으로 결정하는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법. The method of claim 2,
Determining the first overmodulation area and the second overmodulation area,
A three-phase voltage PWM inverter configured to determine the first overmodulation region when the modulation index m falls within a range of 0.907 <m <0.9514, and determines the second overmodulation region when within a range of 0.9514 <m <1. Overmodulation control method.
상기 제1 과변조 영역에서 다음의 수학식을 통하여 상기 지령 전압의 크기를 상기 제1 기준 전압 벡터로 승압시키는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법:
여기서, V1는 상기 지령 전압의 크기를 나타내고, V2는 승압된 상기 제1 기준 전압의 크기를 나타내며, 는 상기 기본 벡터 모델의 높이를 나타내고, αc는 상기 제1 기준 전압이 상기 기본 벡터 모델과 교차하는 지점과 상기 육각형의 이웃하는 꼭지점 사이의 각도를 나타낸다. The method of claim 3,
An overmodulation control method of a three-phase voltage type PWM inverter for boosting the magnitude of the command voltage to the first reference voltage vector through the following equation in the first overmodulation region:
Here, V 1 represents the magnitude of the command voltage, V 2 represents the magnitude of the boosted first reference voltage, Represents the height of the basic vector model, and α c represents the angle between the point where the first reference voltage intersects the basic vector model and the neighboring vertex of the hexagon.
상기 지령 전압의 크기에 따른 상기 제1 기준 전압의 크기는 다음의 표를 이용하여 연산되는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법.
The method of claim 4, wherein
The magnitude of the first reference voltage according to the magnitude of the command voltage is calculated using the following table.
상기 새로운 스위칭 시간을 계산하는 단계는,
상기 제1 기준 전압 벡터를 생성하기 위한 새로운 스위칭 시간(T1 new, T2 new)은 다음의 수학식으로 나타나는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법:
여기서, T1과 T2는 상기 지령 전압을 생성하기 위한 상기 지령 전압에 인접한 2개의 유효 벡터의 최초의 스위칭 시간을 나타내고, TS는 총 스위칭 인가 시간을 나타낸다. The method of claim 5,
Calculating the new switching time,
The new switching time (T 1 new , T 2 new ) for generating the first reference voltage vector is an overmodulation control method of a three-phase voltage PWM inverter represented by the following equation:
Here, T 1 and T 2 represent the first switching time of two valid vectors adjacent to the command voltage for generating the command voltage, and T S represents the total switching application time.
상기 제2 기준 전압의 크기는 2/3Vdc로 고정되며, 상기 지령 전압의 위상에 따른 상기 제2 기준 전압의 위상은 다음과 같이 설정되는 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법:
여기서, θ'는 상기 제2 기준 전압(Vnew *)의 위상이고, θ는 상기 지령 전압의 위상이며, αh는 상기 제2 기준 전압의 유지각을 의미한다. The method of claim 6,
The magnitude of the second reference voltage is fixed to 2 / 3V dc , the phase of the second reference voltage according to the phase of the command voltage is overmodulation control method of the voltage-type PWM inverter is set as follows:
Here, θ 'is the phase of the second reference voltage (V new * ), θ is the phase of the command voltage, α h means the holding angle of the second reference voltage.
상기 제2 과변조 영역에서의 상기 변조 지수(m)에 따른 유지각(αh)은 다음의 표와 같이 나타나는 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
The holding angle (α h ) according to the modulation index (m) in the second overmodulation region is shown in the following table.
상기 스위칭 소자의 스위칭을 조절하기 위한 지령 전압을 생성하고 상기 지령 전압을 공간 벡터로 변환시키는 지령전압 벡터 변환부,
육각형 형태로 표현되며, 중심에서 6개의 꼭지점을 향하는 6개의 유효 벡터를 포함하는 d-q 평면 상의 기본 벡터 모델에 상기 지령 전압의 공간 벡터를 표시하는 공간 벡터 표시부,
상 전압의 기본파 성분의 크기와 상기 지령 전압의 기본파 성분의 크기를 이용하여 변조 지수(m)을 구하는 변조 지수 생성부,
상기 변조 지수의 크기에 따라 제1 과변조 영역과 제2 과변조 영역을 결정하는 과변조 영역 결정부, 그리고
상기 제1 과변조 영역이면, 상기 지령 전압의 크기를 제1 기준 전압 벡터로 승압시키고, 상기 제1 기준 전압 벡터가 상기 기본 벡터 모델을 벗어나는 경우 동일 위상 과변조 기법에 의하여 상기 지령 전압에 인접한 2개의 유효 벡터의 새로운 스위칭 시간을 계산하고, 상기 제2 과변조 영역이면, 상기 지령 전압의 크기를 제2 기준 전압 벡터로 승압시키고, 유지각(αh)을 계산하여 상기 유지각(αh)에 따라 상기 기본 벡터 모델에 투영시키는 구간을 계산하는 과변조 제어부를 포함하는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 장치. Three-phase AC power is input to the switching element through the inductor, the switching element is turned on / off in accordance with the feedback signal of the feedback control unit using a signal of the DC terminal three-phase voltage PWM inverter for converting the AC power to DC power,
A command voltage vector converting unit generating a command voltage for controlling switching of the switching element and converting the command voltage into a space vector;
A space vector display unit displaying a space vector of the command voltage in a basic vector model on a dq plane, which is expressed in the form of a hexagon and includes six effective vectors facing six vertices from the center;
A modulation index generator for obtaining a modulation index (m) using the magnitude of the fundamental wave component of the phase voltage and the magnitude of the fundamental wave component of the command voltage,
An overmodulation region determiner for determining a first overmodulation region and a second overmodulation region according to the magnitude of the modulation index, and
In the first over-modulation region, the command voltage is boosted to a first reference voltage vector, and when the first reference voltage vector is out of the basic vector model, 2 adjacent to the command voltage by an in-phase overmodulation technique is used. Calculate a new switching time of two effective vectors, and if the second overmodulation region, the magnitude of the command voltage is boosted to a second reference voltage vector, and the holding angle α h is calculated to calculate the holding angle α h . And an overmodulation control unit for calculating a section projected onto the basic vector model.
상기 변조 지수 생성부는,
다음의 수학식을 통하여 구하는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 장치:
여기서, 지령 전압(V1 *)는 지령 전압의 기본파 성분의 크기를 나타내고, 는 상 전압의 기본파 성분의 크기를 나타낸다. The method of claim 10,
The modulation index generator,
An overmodulation control device for a three-phase voltage PWM inverter obtained by the following equation:
Here, the command voltage (V 1 * ) represents the magnitude of the fundamental wave component of the command voltage, Denotes the magnitude of the fundamental wave component of the phase voltage.
상기 과변조 영역 결정부는,
상기 변조 지수 m이 0.907 < m < 0.9514의 범위에 해당하면 상기 제1 과변조 영역으로 결정하고, 0.9514 < m < 1의 범위에 해당하면 상기 제2 과변조 영역으로 결정하는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 장치. The method of claim 11,
The overmodulation area determiner,
A three-phase voltage PWM inverter configured to determine the first overmodulation region when the modulation index m falls within a range of 0.907 <m <0.9514, and determines the second overmodulation region when within a range of 0.9514 <m <1. Overmodulation control device.
상기 제1 과변조 영역에서 다음의 수학식을 통하여 상기 지령 전압의 크기를 상기 제1 기준 전압 벡터로 승압시키는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 장치:
여기서, V1는 상기 지령 전압의 크기를 나타내고, V2는 승압된 상기 제1 기준 전압의 크기를 나타내며, 는 상기 기본 벡터 모델의 높이를 나타내고, αc는 상기 제1 기준 전압이 상기 기본 벡터 모델과 교차하는 지점과 상기 육각형의 이웃하는 꼭지점 사이의 각도를 나타낸다. The method of claim 12,
An overmodulation control device for a three-phase voltage type PWM inverter for boosting the magnitude of the command voltage to the first reference voltage vector through the following equation in the first overmodulation region:
Here, V 1 represents the magnitude of the command voltage, V 2 represents the magnitude of the boosted first reference voltage, Represents the height of the basic vector model, and α c represents the angle between the point where the first reference voltage intersects the basic vector model and the neighboring vertex of the hexagon.
상기 지령 전압의 크기에 따른 상기 제1 기준 전압의 크기는 다음의 표를 이용하여 획득되는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 장치.
The method of claim 13,
The magnitude of the first reference voltage according to the magnitude of the command voltage is an overmodulation control device of a three-phase voltage-type PWM inverter is obtained using the following table.
상기 과변조 제어부는,
상기 제1 기준 전압 벡터를 생성하기 위한 새로운 스위칭 시간(T1 new, T2 new)은 다음의 수학식으로 나타나는 3상 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 장치:
여기서, T1과 T2는 상기 지령 전압을 생성하기 위한 상기 지령 전압에 인접한 2개의 유효 벡터의 최초의 스위칭 시간을 나타내고, TS는 총 스위칭 인가 시간을 나타낸다. 15. The method of claim 14,
The overmodulation control unit,
The new switching time (T 1 new , T 2 new ) for generating the first reference voltage vector is an overmodulation control device of a three-phase voltage PWM inverter represented by the following equation:
Here, T 1 and T 2 represent the first switching time of two valid vectors adjacent to the command voltage for generating the command voltage, and T S represents the total switching application time.
상기 제2 기준 전압의 크기는 2/3Vdc로 고정되며, 상기 지령 전압의 위상에 따른 상기 제2 기준 전압의 위상은 다음과 같이 설정되는 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 장치:
여기서, θ'는 상기 제2 기준 전압(Vnew *)의 위상이고, θ는 상기 지령 전압의 위상이며, αh는 상기 제2 기준 전압의 유지각을 의미한다. 16. The method of claim 15,
The magnitude of the second reference voltage is fixed to 2 / 3V dc , the phase of the second reference voltage according to the phase of the command voltage is an over-modulation control device of a voltage-type PWM inverter is set as follows:
Here, θ 'is the phase of the second reference voltage (V new * ), θ is the phase of the command voltage, α h means the holding angle of the second reference voltage.
상기 제2 과변조 영역에서의 상기 변조 지수(m)에 따른 유지각(αh)은 다음의 표와 같이 나타나는 전압형 PWM 인버터의 과변조 제어 장치.
The method of claim 16,
The holding angle (α h ) according to the modulation index (m) in the second overmodulation region is shown in the following table.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110001365A KR101199723B1 (en) | 2011-01-06 | 2011-01-06 | A Space Vector PWM Overmodulation control Method and Apparatus thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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